一种卷烟纸正反面鉴别方法及系统与流程

本发明涉及烟用辅助材料鉴别技术领域，特别是涉及一种卷烟纸正反面鉴别方法及系统。

背景技术：

卷烟纸是用于卷制烟支的特种纸。在卷烟燃烧过程中，卷烟纸是除烟丝以外唯一直接参与燃烧的组分，其正反面的物理化学特征不一样，在卷制烟丝时，它不仅对卷烟燃烧外观、烟气组分，还对抽吸品质有着直接影响。而目前的卷烟生产中并没有对卷烟纸的正反面进行鉴别区分，因此有必要寻找一种快速有效的方法来实现对卷烟纸正反面的鉴别。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种卷烟纸正反面鉴别方法及系统，实现了对卷烟纸正反面快速有效的鉴别。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种卷烟纸正反面鉴别方法，包括：

对卷烟纸待测试一面做近红外光谱测试，进行预设数量次扫描，获得在预设波数范围内吸光度随波数变化的光谱数据；

对获得的光谱数据进行多元散射校正处理，并对处理后的光谱数据进行主成分分析，得到主成分得分；

将获得的主成分得分与阈值比较，根据比较结果判定所述卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

可选地，所述对卷烟纸待测试一面做近红外光谱测试包括：

以连续波长光对所述卷烟纸待测试一面扫面，采集由所述卷烟纸待测试一面形成的反射光，获得在预设波数范围内吸光度随波数变化的光谱数据。

可选地，还包括：以连续波长光对仪器背景进行扫面，获得仪器的背景光谱数据。

可选地，以仪器产生的近红外光作用于重叠压紧的多张卷烟纸表面并避免漏光，进行近红外光谱测试。

可选地，所述预设波数范围为10000-4000cm^-1。

可选地，扫描次数的范围为大于等于50，光谱分辨率为8cm^-1。

可选地，所述将获得的主成分得分与阈值比较，根据比较结果判定所述卷烟纸待测试一面是正面或者反面包括：

选取第一主成分得分，根据所述第一主成分得分的正负判定所述卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

可选地，在所述卷烟纸待测试一面选取至少两个不同位置点做近红外光谱测试，结合各位置点的判定结果确定所述卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

一种卷烟纸正反面鉴别系统，包括：

光谱测试模块，用于对卷烟纸待测试一面做近红外光谱测试，进行预设数量次扫描，获得在预设波数范围内吸光度随波数变化的光谱数据；

光谱处理模块，用于对获得的光谱数据进行多元散射校正处理，并对处理后的光谱数据进行主成分分析，得到主成分得分；

判定模块，用于将获得的主成分得分与阈值比较，根据比较结果判定所述卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

由上述技术方案可知，本发明所提供的卷烟纸正反面鉴别方法及系统，对卷烟纸待测试一面做近红外光谱测试，进行预设数量次扫描，获得在预设波数范围内吸光度随波数变化的光谱数据，对获得的光谱数据进行多元散射校正处理，再对处理后的光谱数据进行主成分分析，得到主成分得分；将获得的主成分得分与阈值比较，根据主成分得分与阈值的大小关系，判定卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

可以看出，本发明卷烟纸正反面鉴别方法及系统，通过采集卷烟纸表面的近红外光谱，对光谱数据进行处理和分析，根据分析结果来判定卷烟纸表面是正面或者反面，从而实现对卷烟纸正反面快速有效的鉴别。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种卷烟纸正反面鉴别方法的流程图；

图2为本发明实施例中采用已知正反面的卷烟纸样本的测试结果获得的ROC曲线；

图3为本发明实施例提供的一种卷烟纸正反面鉴别系统的示意图。

具体实施方式

对于卷烟纸，其正面是指卷制烟支时暴露于空气的一面，反面是指包裹烟叶的一面，卷烟纸的正面和反面所含的物质组分有区别。而测试卷烟纸表面的近红外光谱，近红外光谱可反映其表面所含物质中化学成分的特征信息。基于此，本发明方法应用近红外光谱测试实现对卷烟纸正反面快速有效的鉴别。

本发明提供的一种卷烟纸正反面鉴别方法，具体包括：

对卷烟纸待测试一面做近红外光谱测试，进行预设数量次扫描，获得在预设波数范围内吸光度随波数变化的光谱数据；

对获得的光谱数据进行多元散射校正处理，并对处理后的光谱数据进行主成分分析，得到主成分得分；

将获得的主成分得分与阈值比较，根据比较结果判定所述卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

本发明卷烟纸正反面鉴别方法，对卷烟纸待测试一面做近红外光谱测试，进行预设数量次扫描，获得在预设波数范围内吸光度随波数变化的光谱数据，对获得的光谱数据进行多元散射校正处理，再对处理后的光谱数据进行主成分分析，得到主成分得分；将获得的主成分得分与阈值比较，根据主成分得分与阈值的大小关系，判定卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

可以看出，本发明卷烟纸正反面鉴别方法，通过采集卷烟纸表面的近红外光谱，对光谱数据进行处理和分析，根据分析结果来判定卷烟纸表面是正面或者反面，从而实现对卷烟纸正反面快速有效的鉴别。

并且，本发明卷烟纸正反面鉴别方法，所需样品数量少，对样品无需前处理，不破坏样品，测试操作简便快捷。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供的卷烟纸正反面鉴别方法，包括步骤：

S10：对卷烟纸待测试一面做近红外光谱测试，进行预设数量次扫描，获得在预设波数范围内吸光度随波数变化的光谱数据。

具体在本方法中，应用近红外漫反射技术对卷烟纸表面进行近红外光谱测试。具体为，以连续波长光对卷烟纸待测试一面扫面，采集由卷烟纸待测试一面形成的反射光，获得在预设波数范围内吸光度随波数变化的光谱数据。

在实际测试中可采用近红外光谱仪对卷烟纸进行测试。具体操作时，以仪器产生的近红外光作用于重叠压紧的多张卷烟纸表面并避免漏光，进行近红外光谱测试，通过将多张卷烟纸重叠压紧避免漏光，以保证近红外光在卷烟纸待测试一面形成漫反射。

在扫描测试中进行预设数量次扫描，获得光谱数据，扫描次数的确定应同时考虑测试仪器的信噪比和花费时间，在具体测试时可根据实际情况灵活设置。示例性的，可设置扫描次数为64。

所述预设波数范围可选为10000-4000cm^-1，位于近红外波段。光谱扫描分辨率可灵活设置，例如可设置分辨率为8cm^-1。扫描分辨率较高，获得的光谱数据更为精确，可以提高对数据处理和分析的准确性，提高鉴别结果的准确性。

优选的，在对测试样品扫描前，以连续波长光对仪器背景进行扫面，获得仪器的背景光谱数据，这样在测试得到样品的光谱数据后，可基于背景光谱数据对样品的光谱数据进行基线校正。由于仪器背景或其它因素的影响，近红外光谱中常常出现基线漂移和倾斜现象，因此通过扫描仪器背景，通过基线校正可以消除由于仪器背景或其它因素导致产生的基线漂移或倾斜等现象，以保证测试的光谱数据的准确性。

S11：对获得的光谱数据进行多元散射校正处理，并对处理后的光谱数据进行主成分分析，得到主成分得分。

在具体测试应用中，可应用光谱处理软件中的处理功能对测得的光谱数据进行多元散射校正处理，或者应用光谱测试仪器中内置的光谱处理软件直接进行处理。

进一步，对处理后的光谱数据采用化学计量学中的主成分分析法(principal component analysis，PCA)进行主成分分析，分析过程主要包括以下步骤：

1)对经过上述处理后得到的光谱数据，计算数据矩阵的协方差矩阵，并对其进行正交分解，得出主成分分量；

2)计算各主成分分量的累计贡献量，根据要求的贡献率阈值选取主成分；

3)针对选取出的主成分建立主成分方程，计算得到主成分得分。

在具体测试时可应用光谱处理软件中的主成分分析功能对光谱数据进行处理，获得主成分得分。

S12：将获得的主成分得分与阈值比较，根据比较结果判定所述卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

本实施例方法中，具体可选取第一主成分得分，即贡献率最大的主成分分量对应的得分，将这一主成分得分与阈值比较，根据两者的比较结果判定卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

在本实施例方法的一种具体测试应用中，所述阈值设定为0，即在鉴别中根据计算得到的第一主成分得分的正负来判定卷烟纸待测试一面是正面或者反面。本具体测试中当第一主成分得分为正，属于卷烟纸反面；当第一主成分得分为负属于卷烟纸正面。

在本具体测试应用中，经过ROC曲线分析可以得出，采用本实施例方法对卷烟纸正反面鉴别，鉴别准确率较高。具体为：选取一定数量的已知正反面的卷烟纸，采用本方法计算得到得分，将所有卷烟纸的主成分得分值纳入SAS软件中计算获得其ROC曲线，如图2所示，由图可以看出，曲线下面积为0.983。采用GEE模型，计算此方法检测的结果，在正反面所测得的值具有显著差异(P＝1.30×10^-17)，且重复测量与结果间不具有交互作用，表明使用此方法预测卷烟纸正反面具有极佳的特异度和敏感度。

进一步计算临界值，经计算得到的正反面测试的边际平均值如下表1所示。

表1

从表1可以看出，在正面和反面所测得的值中，反面的95％上限为0.187，正面的95％下限为-0.188，表明95％的概率下测得值能有效区分，不会重叠，而5％的概率落在0.187到-0.188之间，如果测得的值在这一区间可弃值不用，重新测量。因此临界值取在0.187到-0.188之间时，只有5％的概率会判断出错，临界值可取0.169+(-0.170)的均值，为-0.013，约等于0，即可按符号判断，可根据第一主成分得分值PCA1的正负来判定正反面。

结果表明，采用该方法对卷烟纸的正反面鉴别完全可行，具有良好应用前景。随着纳入计算的卷烟纸种类和主成分数量越多，相应确定的阈值会有一定变化。

在实际测量中，为进一步保证鉴别结果的准确性，可在卷烟纸待测试一面选取至少两个不同位置点分别做近红外光谱测试，结合各位置点的判定结果确定所述卷烟纸待测试一面是正面或者反面。例如可在卷烟纸待测试一面选取5个位置点分别测试，根据各位置点的鉴别结果，来判定该卷烟纸待测试一面是正面或者反面，这样可以保证鉴别结果的准确性。

相应的，请参考图3，本发明实施例还提供一种卷烟纸正反面鉴别系统，包括：

光谱测试模块20，用于对卷烟纸待测试一面做近红外光谱测试，进行预设数量次扫描，获得在预设波数范围内吸光度随波数变化的光谱数据；

光谱处理模块21，用于对获得的光谱数据进行多元散射校正处理，并对处理后的光谱数据进行主成分分析，得到主成分得分；

判定模块22，用于将获得的主成分得分与阈值比较，根据比较结果判定所述卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

本实施例卷烟纸正反面鉴别系统，对卷烟纸待测试一面做近红外光谱测试，进行预设数量次扫描，获得在预设波数范围内吸光度随波数变化的光谱数据，对获得的光谱数据进行多元散射校正处理，再对处理后的光谱数据进行主成分分析，得到主成分得分；将获得的主成分得分与阈值比较，根据主成分得分与阈值的大小关系，判定卷烟纸待测试一面是正面或者反面。

可以看出，本发明卷烟纸正反面鉴别系统，通过采集卷烟纸表面的近红外光谱，对光谱数据进行处理和分析，根据分析结果来判定卷烟纸表面是正面或者反面，从而实现对卷烟纸正反面快速有效的鉴别。

并且，本发明卷烟纸正反面鉴别系统，所需样品数量少，对样品无需前处理，不破坏样品，测试操作简便快捷。

以上对本发明所提供的一种卷烟纸正反面鉴别方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。